油气运移

油气与固体矿产不同,具有流动特性。

这一特征决定了油气藏在时空分布与演化的复杂多变。

这些复杂的动态过程都发生在地质历史时期,在勘探开发中很难直接观察,甚至很难获得油气运、聚的痕迹。

长期以来,油气运、聚、散过程的重要性一再为人们强调,但至今仍是油气地质理论研究和实际应用的薄弱环节。

20世纪80年代以前, 油气运移的研究主要归属于定性实验、机理认识和有机地球化学中油一源对比的范畴。

20世纪80年代以后,油气运移的研究呈多样形式发展,除地球化学外,其理论、物理实验和数值模拟等方面都得到了很大的发展。

本文从油气运移研究方法、油气运移理论研究及研究展望3个方面综述油气运移研究的现状和主要进展,总结研究了立次运移的理论发展体系,并绘制了技术理论发展谱系图。

优势通道
油气通过有限的优势通道进行运移是沉积盆地输导系统的非均质性、能量场的非均一性和流体物性等多种因素共同作用的结果。

油气的二次运移既可能沿着储集层或不整合面侧向运移,也可能沿着断裂穿层而过进行垂向运移。

运移的距离在垂向上取决于盆地内地层的厚度和断裂在垂向上的延伸距离,一般可达数公里;在侧向上只要具有足够的油气量,运移通道连续性好,油气运移的距离为几十公里乃至数百公里也是可能的。

二次运移的通道还可能是岩石中的溶孔、溶洞、断裂、裂隙和不整合面。

断裂带既可以作为通道,促进油气的运移,也可能作为封闭层,对油气起到封闭作用。

但目前对于断裂作为油气运
移通道的研究多集中在断裂开启的可能性和有效性方面,而对油气在断裂内部如何运移的讨论不多。

油气沿断层面或断裂带的运移特征既与断层本身的特征有关,又受断裂两侧被断开地层的构造形态的影响。

油气疏导系统
所谓油气输导系统系指连接源岩与圈闭的运移通道所组成的输导网络。

它作为油气成藏中连接生烃与圈闭之间的“桥梁与纽带”，在某种程度上决定着含油气盆地内各种圈闭最终能否成为油气藏及油气聚集的数量，而且还决定着油气在地下向何处运移，在何处成藏及成藏类型。

许多学者曾为此做过大量的研究。

然而，由于受地质条件的复杂性以及人们认识
水平的限制，使得油气输导系统的研究仍为油气成藏条件研究中的一个薄弱环节。

油气运移输导系统的类型及特征
孔隙、裂缝及其二者的组合是构成输导系统的三要素，它们可以单独构成简单的运移输导系统，也可以组合起来构成相对复杂的运移复合输导系统。

简单输导系统及其特征
（1）连通砂体输导系统这种输导系统以连通孔隙作为油气运移通道空间，是油气在地下进行二维侧向运移的最常见输导系统。

在这种输导系统中，油气运移通道的质量主要取决于其孔渗性能。

（2）断层输导系统这种输导系统是由于断裂活动开启形成油气运移的通道，以断裂带中的裂缝系统为主。

这种输导系统主要形成于断裂活动期间，其油气输导系统的质量，关键在于断裂开启的程度。

断裂开启程度越高，断裂中的裂缝越发育，渗滤空间越大，越有利于油气运移。

（3）不整合面输导系统是由于地壳抬升，基岩遭受风化剥蚀作用形成的，油气运移的通道为裂缝与孔隙形成的网络系统。

它既可以是油气进行二维侧向运移的输导系统，又可以作为油气进行二维斜向运移的输导系统，这主要取决于其空间分布状态。

复合输导系统及其特征
简单输导系统在地质空间中的存在并非总是以单一的形式，而往往是以相互组合的形式。

按照它们的空间组合形式，可形成以下四种复合形式的输导系统。

（图1）
（1）砂体-不整合面组成的输导系统是油气在地质空间中进行更复杂侧向运移（其中包括先进行侧向再进行斜向的运移）的立体网络通道（图1a），通常是凹陷中生成的油气向古隆起侧向或斜向运移的主要通道。

这种输导系统中油气的运移不仅受到砂体分布形态的控制，还要受到不整合面分布形态的控制，是油气在地下进行长距离变方向侧向运移的良好通道。

（2）砂体断层组成的输导系统是油气在地质空间中既进行侧向运移又进行垂向运移（即以连通砂体进行侧向运移，以断层进行垂向运移）的立体网络通道（图1b），通常是凹陷中生成的油气向侧向古隆起之上的各种圈闭(背斜、断块、构造岩性和断层岩性圈闭)进行运移的主要通道。

这种输导系统仅仅在断裂活动期对油气运移起作用，当断裂停止活动后，断层逐渐封闭，断层作为输导系统的功能也随之消失，并开始起遮挡作用，结果使这种组合形式丧失了立体输导层网络通道的功能，此时只有砂体能起侧向通道作用。

(3) 不整合面-断层组成的输导系统是油气在地质空间中既可以进行侧向运移又可以进行垂向运移的立体网络通道(图1c) ，通常是生油凹陷中生成的油气向古隆起斜侧向运移的主要通道。

这种输导系统由于受断层活动与开启性的限制，也仅能在断裂活动中发挥输导作用，断裂停止活动后，仅不整合面能起斜侧向输导系统作用。

（4）砂体-断层-不整合面组成的输导系统是油气在地质空间中进行更复杂立体运移的立体网络通道，通常是油气自凹陷向古隆起顶部的各种圈闭（背斜、断块、构造-岩性和断层-岩性圈闭）进行立体运移的主要通道（图1d）。

同样这种输导系统也仅能在断裂活动中发挥作用，断裂静止期只能是砂体与不整合面构成的立体网络通道在起斜侧向输导系统作用。

上述四种输导系统，也仅仅是最基本的形式。

在地质空间中，它们之间的每一个构成要素都可以多次与另一构成要素进行组合，形成更加复杂的油气运移的立体网络输导系统，使油气在地层中能向不同方向、以不同距离进行立体运移。

油气输导系统对油气成藏的控制
由于油气自源岩向圈闭运移的输导系统不同，受其控制形成的油气成藏模式也就不同。

按
照油气运移输导系统的类型不同，可分为简单输导系统和复合输导系统控制两大类油气成藏模式，具体还可以分为七种模式类型。

简单输导系统控制形成的油气成藏模式
(1)受连通砂体控制的油气成藏模式它们主要分布在盆地或凹陷中的古隆起斜坡上或盆
地(凹陷)的斜坡上，凹陷中生成的油气经初次运移进入连通砂体输导系统，只需沿着这些连通砂体输导系统侧向运移便可以在地层超覆圈闭或岩性尖灭圈闭或断层遮挡圈闭中聚集成藏。

例如，松辽盆地北部昌德东芳深, 井侏罗系地层超覆气藏。

(2)受不整合面控制的油气成藏模式它主要分布在盆地或凹陷中的古隆起上，凹陷中生成
的油气沿着不整合面斜向古隆起顶部的基岩风化壳圈闭中运移聚集，形成基岩风化壳油气藏。

例如，松辽盆地北部昌德构造昌401井和昌102 井、二站构造的二深1井、汪家屯构造的汪902-汪-9-12井以及肇州西构造肇深1井的基岩风化壳气藏。

(3)受断裂控制的油气成藏模式它们主要分布在盆地或凹陷中古隆起之上或斜坡上，古隆
起旁侧凹陷中生成的油气沿断层直接运移至古隆起之上或斜坡上的因古隆起的差异压实、断裂作用和沉积作用而形成的各种圈闭（背斜、断块、构造-岩性、断层-岩性圈闭）或斜坡上的岩性尖灭或地层超覆圈闭中聚集，形成各种类型的油气藏。

例如，松辽盆地北部昌德构造登娄库组背斜气藏、汪家屯构造登娄库组断块气藏、薄荷台构造登娄库组断鼻气藏、四站构造登娄库组一段岩性"构造气藏、昌五构造登娄库组岩性-断层气藏。

复合输导系统控制形成的油气成藏模式
（1）受砂体-不整合面控制的油气成藏模式在古隆起附近凹陷中生成的油气，首先进入连通砂层输导系统中，然后沿连通砂层输导系统侧向运移，最后再沿不整合面输导系统斜侧向运移进入基岩风化壳圈闭中聚集，形成基岩风化壳油气藏（图2a）。

（2）受砂体-断层控制的油气成藏模式生油凹陷中生成的油气，首先进入连通砂层输导系统中，沿连通砂层输导系统进行侧向运移，然后再沿断层输导系统垂向运移，甚至重复上述运移过程至古隆起之上或斜坡上的各种圈闭（背斜、断块、构造-岩性和断层-岩性圈闭）中聚集，形成各种类型的油气藏（图2b）。

（3）受不整合面-断层控制的油气成藏模式凹陷中生成的油气沿不整合面与断层组成的输导系统斜侧向古隆起上的基岩风化壳圈闭中聚集，形成基岩风化壳气藏（图2c）。

（4）受砂体-断层-不整合面控制形成的油气成藏模式凹陷中生成的油气，首先进入连通砂层输导系统中，然后沿连通砂层输导系统进行侧向运移，再沿不整合面输导系统侧向斜向运移，最后再沿断层输导系统进行垂向运移；或直接沿不整合面输导系统斜侧向运移，然后沿断层输导系统进行垂向运移，最后沿连通砂体斜侧运移进入古隆起之上第一套盖层乃至第二套盖层之下的各种圈闭中聚集成藏（图2d）。

（1）油气运移输导系统的构成要素主要有连通孔隙、裂缝和孔隙-裂缝组合三种，其中，裂缝较孔隙更有利于油气的运移，孔隙和裂缝应该是油气在地下进行运移的重要通道。

（2）地质空间中油气运移输导系统的基本类型主要有简单输导系统和复合输导系统两种，简单输导系统包括连通砂体、断层和不整合面三种。

其中连通砂体以孔隙为输导系统，断层以裂缝为输导系统，不整合面以孔隙和裂缝的网络系统为输导系统，断层只有在其活动开启时才能成为油气运移的通道。

复合输导系统包括有砂体-不整合面、砂体-断层、不整合面-断层、砂体-断层-不整合面组成的输导系统。

它们构成了油气在地下进行不同方向和不同距离运移的立体网络通道，是连接源岩与圈闭的重要“纽带”。

（3）油气运移输导系统的类型控制着油气运聚成藏模式，连通砂层系统控制可形成地层超覆、岩性尖灭、断层遮挡油气藏。

受不整合面、砂体-不整合面组合、不整合面-断层组成的输导系统控制，可形成基岩风化壳油气藏，受断裂、砂体-断层组合、砂体-断层-不整合面组成的输导系统控制可形成断块、背斜、构造-岩性和断层-岩性油气藏。

油气二次运移的研究
运移相态
与初次运移相比,油气二次运移距离更长,在运移过程中地下温度、压力、输导层矿物成分等条件的变化更为复杂,导致了油气的二次运移相态较之初次运移也更为复杂。

一般认为游离的油相或气相是油气二次运移的主要相态,但较之石油, 天然气的运移相态更为复杂。

由于石油在水中的溶解度非常低,石油以水溶态大规模运移并形成油藏的可能性很小,石油只能以游离态为二次运移的主要相态。

与之不同的是,在不同的条件下油溶态、水溶态、游离态都可以成为天然气二次运移的主要相态。

在天然气二次运移过程中,受温度、压力、盐度等因素的影响,天然气在运移过程中还存在着油溶态、水溶态、游离态、扩散态之间的相互转换。

实验证明,游离的气相是天然气的二次运移的主要相态。

扩散相也是天然气一种重要的二次运
移方式。

在天然气运移过程中,只要有气体浓度差存在就存在着该种运移相态,特别是在流体渗流停滞或聚集在圈闭中时,扩散相成为天然气散失的主要方式,对油气藏能否保存具有重要意义。

运移动力
通常认为浮力、水动力、异常压力、构造应力是油气二次运移的主要动力。

此外地震泵作用温度差等也被一些研究者认为是油气二次运移的原动力。

目前不同的二次运移原
动力间的相互关系是各国学者研究的热点。

Ｄｏｗ等在研究美国墨西哥湾盆地油气二次运移路径的过程中发现,促使油气发生二次运移的浮力可以因压实作用、脱水作用、超压作用、微裂缝、断层等因素得到加强。

我国陆相沉积盆地中广泛发育有异常地层压力，异常地层压力在储层中影响流体势分布,从而决定油气二次运移的方向。

压实作用不平衡和烃类生成作用是异常地层压力的主要原因;后期地壳抬升及黏土矿物转化为次要原因。

石油运移主要取决于石油的分子结构和毛管压力的性质。

构造作用力的应力差(最大压应力减去最小压应力)达到一定值后即可以使石油生成后自源岩中排出,成为油气初次运移的动力。

同时,当构造应力变化时,由于岩石骨架压缩和回弹造成岩石中的流体压力升高或降低,从而产生“应力泵”作用,成为油气二次运移的重要动力类型。

如我国川东北地区,自晚三叠世起经历了3次较大规模的构造运动,导致了主构造应力方向的变化,进而决定了油气运移方向的变化,造成大多数北西向构造成藏条件不佳的事实。

运移通道
一般可将油气二次运移通道划分为连通孔隙、裂隙(缝)、不整合面、断层等4种类型。

不同学者对于前3种类型的运移作用认识较为统一,而对于断层成为油气运移通道的条件认识出入较大。

依据世界范围内大量已发现油气藏各要素空间展布特征分析,很多地区断层是连接圈闭与烃源岩的唯一桥梁,是油气运移(尤其是垂向运移)的有效通道。

流体沿生长断层的流动是周期性的,活动性断层可以使流体沿断层向上运动并聚集起来;而非活动性断层则限制了流体的流动。

断层不仅在活动期是油气运移的通道,在静止时期其运移能力受沿断面碎裂岩颗粒粒度、泥质含量和断裂倾角等因素的控制,在条件适合时,也能成为油气运移的通道。

断裂能否成为油气的运移通道不仅受断层本身性质控制,还受断层两侧岩性并置关系、泥质涂抹作用、矿化作用、地层构造形态等因素的影响。

断层对油气的输导能力与其开启与否无关,而决定于“断面优势运移通道”。